§4. Закон Бугера-Вебера. Закон Фехнера.

Закон Стивенса

В 1760 г. французский ученый, создатель фотометрии П.Бугер исследовал свою способность различать тень, отбра­сываемую свечой, если экран, на который падает тень, одно­временно освещается другой свечой. Его измерения доволь- но точно установили, что отношение л R/R (где л R - мини­мальный воспринимаемый прирост освещения, R - исходное освещение) - величина сравнительно постоянная.

В 1834 г. немецкий психофизик Э.Вебер повторил и под­твердил опыты П.Бугера. Э.Вебер, изучая различение веса, показал, что минимально воспринимаемая разница в весе представляет собой постоянную величину, равную прибли­зительно 1/30. Груз в 31 г различается от груза в 30, груз в 62 г от груза в 60 г; 124 г от 120 г.

В историю исследования по психофизике ощущений это соотношение вошло под названием закона Бугера-Вебера: диф­ференциальный порог ощущений для разных органов чувств различен, но для одного и того же анализатора он представ­ляет собой постоянную величину, т.о. л R/R = const.

Это отношение показывает, какую часть первоначальной величины стимула необходимо прибавить к этому стимулу, чтобы получить едва заметное изменение ощущения.

Дальнейшие исследования показали, что закон Вебера дей­ствителен лишь для раздражителей средней величины: при приближении к абсолютным порогам величина прибавки пе­рестает быть постоянной. Закон Вебера применим не только к едва заметным, но и ко всяким различиям ощущений. Различие между парами ощущений кажутся нам равными, если равны геометрические соотношения соответствующих раздражителей. Так, увеличение силы освещения от 25 до 50 свечей дает субъек­тивно такой же эффект, как увеличение от 50 до 100.

Исходя из закона Бугера-Вебера, Фехнер сделал допуще­ние, что едва заметные различия (е.з.р.) в ощущениях можно рассматривать как равные, поскольку все они - величины бес­конечно малые. Если приращение ощущения, соответствую­щее едва заметной разнице между стимулами, обозначить как лЕ, то постулат Фехнера можно записать как лЕ = const.

Фехнер принял е.з.р. (лЕ) как единицу меры, при помощи которой можно численно выразить интенсивность ощущений как сумму (или интеграл) едва заметных (бесконечно малых) увеличений, считая от порога абсолютной чувствительности. В результате он получил два ряда переменных величин - вели­чины раздражителей и соответствующие им величины ощуще­ний. Ощущения растут в арифметической прогрессии, когда раздражители растут в геометрической прогрессии.

Как это понимать? Берем, например, такие раздражители, как 10 свечей, увеличиваем их количество: 10 - 100 - 1000 - 10000 и т.д. Это геометрическая прогрессия. Когда было 10 све­чей, у нас имелось соответствующее ощущение. При увеличе­нии раздражителей до 100 свечей ощущение увеличилось вдвое; появление 1000 свечей вызвало увеличение ощущения в три раза и т.д. Увеличение ощущений идет в арифметической про­грессии, т.е. намного медленнее увеличения самих раздражи­телей. Отношение этих двух переменных величин можно вы­разить в логарифмической формуле: Е = К lg R + C, где Е - сила ощущения, R - величина действующего раздражителя, К - ко­эффициент пропорциональности, С - константа, различная для ощущений разных модальностей.

Эта формула получила название основного психофизичес­кого закона, который по сути дела представляет собой закон Вебера-Фехнера. Согласно этому закону, изменение силыг ощу­щения пропорционально десятичному логарифму изменения силыг воздействующего раздражителя (рис.8).

Ряд явлений, вскрытых исследованиями чувствительно­сти, не укладывается в рамки закона Вебера-Фехнера. Напри­мер, ощущения в области протопатической чувствительности не обнаруживают постепенного нарастания по мере усиле­ния раздражения, а по достижении известного порога сразу же появляются в максимальной степени. Они приближаются по своему характеру к типу реакций «все или ничего».

io WO 1000 ^

Рис. 8. Логарифмическая кривая зависимости величины ощущения от силы раздражителя, иллюстрирующая закон Вебера-Фехнера

Спустя примерно полстолетия после открытия основного пси­хофизического закона он вновь привлек к себе внимание и, на осно­ве новых экспериментальных данных, породил дискуссию об ис­тинном, точно выраженном математической формулой характере связи между силой ощущения и величиной раздражителя. Амери­канский ученый С.Стивенс рассуждал следующим образом: что происходит при удвоении освещенности пятна света и, с другой стороны, силы тока (частота 60 гц), пропускаемого через палец? Удвоение освещенности пятна на темном фоне удивительно мало влияет на его видимую яркость. По оценке типичного наблюдателя кажущееся увеличение составляет всего лишь 25%. При удвоении же силы тока ощущение удара увеличивается в десять раз. С.Сти- венс отвергает постулат Фехнера (лЕ = const.) и заявляет, что кон­стантной является другая величина, а именно отношение л Е/Е. Рас­пространяя закон Бугера-Вебера на сенсорные величины (л Е/Е = const.), С.Стивенс через ряд математических преобразований полу­чает степенную зависимость между ощущением и стимуляцией: Е= hR^, где к - константа, определяемая избранной единицей измере­ния, Е - сила ощущения, R - значение воздействующего раздражи­теля, n - показатель, зависящий от модальности ощущения. Показа­тель n принимает значение 0,33 для яркости и 3,5 для электрическо­го удара. Эта закономерность получила название закона Стивенса.

По мнению С.Стивенса, степенная функция имеет то пре­имущество, что при использовании логарифмического масш­таба на обеих осях, она выражается прямой линией, наклон которой соответствует значению показателя (n). Это видно на рис. 9: медленное увеличение яркостного контраста и быст­рое усиление ощущения удара электрическим током.

Рис. 9. Степенная кривая зависимости величины ощущения от силы раздражителя, иллюстрирующая закон Стивенса. 1.Электрический удар. 2. Яркость.

100

50

30

20

Ю

5

3

2

/

Сто с лишним лет не прекращаются споры между сто­ронниками логарифмической зависимости силы ощущения от величины стимула (закон Фехнера) и степенной (закон Сти- венса). Если пренебречь чисто психофизическими тонкостя­ми этого спора, то оба закона по своему психологическому смыслу окажутся весьма близкими: тот и другой утверждают, во-первых, что ощущения меняются непропорционально силе физических стимулов, действующих на органы чувств, и, во- вторых, что сила ощущения растет гораздо медленнее, чем величина физических стимулов.

Вопросы для самопроверки

1. Докажите несостоятельность на сегодняшний день методологичес­кой основы исследований Фехнера.

2. В чем состоит различие между психофизикой-I и психофизикой-II, классической и современной психофизикой?

3. Какие методы измерения психических процессов (ощущений) полу­чили почетное наименование классических?

4.Что такое порог исчезновения ощущения и порог появления ощу­щения?

5. Приведите примеры влияния на человека допороговых сигналов.

6. В чем состоит сущность центральной проблемы психофизики-I?

7. Как зависит величина ощущения от силы раздражителя (по Фехнеру и по Стивенсу)?

Глава 3. СОВРЕМЕННА^ ПСИХОФИЗИКА